JP2014049372A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery high in safety, further high in capacity, and also excellent in cycle characteristics.SOLUTION: In a lithium ion secondary battery, a lithium-containing complex oxide containing lithium and nickel is included as a positive electrode active material, and a positive electrode active material 1 having a mole fraction a1 of nickel in the lithium-containing complex oxide of 0.30-0.59, a positive electrode active material 2 having a mole fraction a2 of nickel in the lithium-containing complex oxide of 0.60-0.79. and a positive electrode active material 3 having a mole fraction a3 of nickel in the lithium-containing complex oxide of 0.80-0.95 are included. The total sum Nt of molar content ratios of nickel satisfies a relation: 0.6<Nt<0.75.

Description

本発明は、安全性が高く、さらに高容量でサイクル特性にも優れたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery having high safety, high capacity, and excellent cycle characteristics.

リチウムイオン二次電池における高容量な電極活物質として、正極活物質としてはニッケルを含んだリチウム含有複合酸化物が知られている。リチウム含有複合酸化物中におけるニッケルの組成比率や粒径の異なる複数種の正極活物質を混合して、容量特性、出力特性、安全性をそれぞれ高めることも知られている(特許文献1〜2)。   As a high-capacity electrode active material in a lithium ion secondary battery, a lithium-containing composite oxide containing nickel is known as a positive electrode active material. It is also known that a plurality of positive electrode active materials having different composition ratios and particle sizes of nickel in a lithium-containing composite oxide are mixed to improve capacity characteristics, output characteristics, and safety, respectively (Patent Documents 1 and 2). ).

特開2010−86693号公報JP 2010-86693 A 特開2011−146132号公報JP 2011-146132 A

しかし、前述の特許文献では対極に金属リチウムを用いたセルにおける正極単身の評価にとどまっており、円筒形など実装電池における容量、出力、サイクルなど諸特性と、過充電、外部短絡などの安全性確保に関して、未だ改良の余地が残されていた。   However, in the above-mentioned patent document, the evaluation of the positive electrode alone in the cell using metallic lithium as the counter electrode is limited, and various characteristics such as capacity, output, and cycle of the mounted battery such as a cylindrical shape, and safety such as overcharge and external short circuit. There was still room for improvement in terms of securing.

安全性が高く、かつ高容量であるリチウムイオン二次電池を提供することが目的として検討した結果、ニッケルモル比率がそれぞれ異なる3種のリチウム含有複合酸化物を併用することで、前記目的を達成することができ、さらには高電流でのサイクル特性の改善にも効果があることを見出し本発明に至った。   As a result of studying for the purpose of providing a lithium ion secondary battery having high safety and high capacity, the above object is achieved by using three types of lithium-containing composite oxides having different nickel molar ratios in combination. Further, the present invention has been found to be effective in improving cycle characteristics at a high current.

本発明のリチウムイオン二次電池は、有底缶に、負極と正極とセパレータとを捲回して構成される電極体と、非水電解液を少なくとも装填した非水電解液二次電池において、
前記負極には、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)を負極活物質として含み、前記正極には、リチウムとニッケルを含むリチウム含有複合酸化物を正極活物質として含み、前記リチウム含有複合酸化物中のニッケルのモル比率a1が0.30〜0.59である正極活物質1と、前記リチウム含有複合酸化物中のニッケルのモル比率a2が、0.60〜0.79である正極活物質2と、前記リチウム含有複合酸化物中のニッケルのモル比率a3が、0.80〜0.95である正極活物質3を少なくとも含み、式1で示されるニッケルモル含有比率の総和Ntが、0.6<Nt<0.75を満足することを特徴とする。
A lithium ion secondary battery of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a bottomed can, an electrode body configured by winding a negative electrode, a positive electrode, and a separator, and a non-aqueous electrolyte at least,
The negative electrode includes a material containing Si and O as constituent elements (however, the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) as a negative electrode active material, A positive electrode active material 1 containing a lithium-containing composite oxide containing lithium and nickel as a positive electrode active material, wherein the molar ratio a1 of nickel in the lithium-containing composite oxide is 0.30 to 0.59; The positive electrode active material 2 in which the molar ratio a2 of nickel in the composite oxide is 0.60 to 0.79, and the molar ratio a3 of nickel in the lithium-containing composite oxide is 0.80 to 0.95. The total Nt of the nickel mole content ratios represented by Formula 1 including at least a certain positive electrode active material 3 satisfies 0.6 <Nt <0.75.

(式1)

Figure 2014049372
(Formula 1)
Figure 2014049372

ai:正極活物質1〜3の各正極活物質中に含まれるニッケルモル比率
mi:全正極活物質中に含まれる正極活物質1〜3の各正極活物質の含有質量比率
ai: Nickel molar ratio contained in each positive electrode active material of positive electrode active materials 1 to 3 mi: Content mass ratio of each positive electrode active material of positive electrode active materials 1 to 3 contained in all positive electrode active materials

本発明によれば、高容量かつ高安全性であり、しかも高電流での充放電サイクル特性にすぐれたリチウムイオン二次電池を提供することが出来る。   According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that has high capacity and high safety and is excellent in charge / discharge cycle characteristics at a high current.

図1は、本発明のリチウムイオン二次電池の実施形態にかかる縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view according to an embodiment of a lithium ion secondary battery of the present invention.

以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。ただし、これらは発明の実施態様の一例に過ぎず、本発明はこれらの内容に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, these are merely examples of embodiments of the invention, and the present invention is not limited to these contents.

<正極>
本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、バインダおよび導電助剤などを含む正極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものが使用できる。
<Positive electrode>
As the positive electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention, for example, one having a structure having a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a binder, a conductive auxiliary agent and the like on one side or both sides of a current collector can be used.

<正極活物質>
本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極活物質は、リチウムと遷移金属を含むリチウム含有複合酸化物であって、前記遷移金属としてニッケルを含むリチウム含有複合酸化物である。ここで、ニッケルを含むリチウム含有複合酸化物は下記一般組成式(1)で表わされる。
LiNiaiCobici (1)
ここで、式中、x:0.3〜1.2、ai:正極活物質1〜3のうち、i成分のニッケルモル比率、をそれぞれ示す。さらには、正極活物質1のニッケルのモル比率a1:0.30〜0.59、正極活物質2のニッケルのモル比率a2:0.60〜0.79、正極活物質3のニッケルのモル比率a3:0.80〜0.95、であることを特徴とする。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material according to the lithium ion secondary battery of the present invention is a lithium-containing composite oxide containing lithium and a transition metal, and is a lithium-containing composite oxide containing nickel as the transition metal. Here, the lithium-containing composite oxide containing nickel is represented by the following general composition formula (1).
Li x Ni ai Co bi M ci O 2 (1)
Here, in the formula, x: 0.3 to 1.2, and ai: the nickel molar ratio of the i component among the positive electrode active materials 1 to 3, respectively. Furthermore, the molar ratio a1 of nickel of the positive electrode active material 1: 0.30 to 0.59, the molar ratio of nickel of the positive electrode active material 2 a2: 0.60 to 0.79, the molar ratio of nickel of the positive electrode active material 3 a3: 0.80 to 0.95.

また、式中Mは、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)以外の金属を示し、例えば、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、鉄(Fe)、銅(Cu)、銀(Ag)、タリウム(Ta)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)など、他の遷移金属や、遷移金属以外の、ホウ素(B)、リン(P)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、マグネシウム(Mg)、などである。これら金属は、単一種でもよいし、2以上の複数種を含有してもかまわない。   In the formula, M represents a metal other than nickel (Ni) and cobalt (Co). For example, manganese (Mn), titanium (Ti), chromium (Cr), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag), thallium (Ta), niobium (Nb), zirconium (Zr), and other transition metals, and other than transition metals, boron (B), phosphorus (P), zinc (Zn), aluminum (Al) Calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) germanium (Ge), tin (Sn), magnesium (Mg), and the like. These metals may be a single species or may contain two or more species.

ニッケルのモル分率の低い正極活物質1は、耐過充電特性や耐外部短絡などの安全性に優れるが、容量は若干劣る。逆にニッケルモル分率の高い正極活物質3は容量に優るものの、高温度での安定性が低いので、安全性に難がある。そこで、正極活物質1と3の中間に相当するニッケルモル比率を有す正極活物質2も併用することで、正極活物質1および3のそれぞれの特長を引き出すことができることを見出した。   The positive electrode active material 1 having a low nickel mole fraction is excellent in safety such as overcharge resistance and external short-circuit resistance, but has a slightly lower capacity. On the other hand, the positive electrode active material 3 having a high nickel mole fraction is superior in capacity, but has low safety at high temperatures, and thus has a difficulty in safety. Thus, it has been found that the positive electrode active materials 2 having a nickel molar ratio corresponding to the middle between the positive electrode active materials 1 and 3 can be used together to bring out the respective characteristics of the positive electrode active materials 1 and 3.

さらに本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極活物質は、式1で示されるニッケルモル含有比率の総和Ntが、0.6<Nt<0.75を満足することを特徴とする。   Furthermore, the positive electrode active material according to the lithium ion secondary battery of the present invention is characterized in that the sum Nt of nickel mole content ratios represented by Formula 1 satisfies 0.6 <Nt <0.75.

(式1)

Figure 2014049372
(Formula 1)
Figure 2014049372

ai:正極活物質1〜3の各正極活物質中に含まれるニッケルモル比率
mi:全正極活物質中に含まれる正極活物質1〜3の各正極活物質の含有質量比率
Ntが0.6を超えることで、本発明の第一の目的であるリチウムイオン二次電池の高容量化が達成できる。また、Ntを0.75未満にすることで本発明の第二の目的であるリチウムイオン二次電池の高安全性を達成することができる。Ntを以上の範囲に設定しつつ、前記正極活物質の1〜3をそれぞれ併用することで、詳細は不明であるものの、本発明の第三の目的である高電流での充放電サイクル特性も改善できることを見出した。
ai: Nickel molar ratio included in each positive electrode active material of positive electrode active materials 1-3 mi: Content ratio of each positive electrode active material in positive electrode active materials 1-3 included in all positive electrode active materials Nt is 0.6 As a result, the capacity of the lithium ion secondary battery, which is the first object of the present invention, can be increased. Moreover, the high safety | security of the lithium ion secondary battery which is the 2nd objective of this invention can be achieved by making Nt less than 0.75. While setting Nt in the above range and using each of the positive electrode active materials 1 to 3 in detail, the charge / discharge cycle characteristics at a high current, which is the third object of the present invention, are also unclear. I found that it can be improved.

本発明で使用する、遷移金属としてニッケルを含むリチウム含有複合酸化物(正極活物質1〜3)の平均粒子径は、4〜15μmであることが好ましく、特に好ましくは6〜10μmである。平均粒径を4μm以上とすることで、正極の高密度化を可能とすることができるとともに、電解液等との過度な反応を抑制することができる。また、15μm以下とすることで、高電流での充放電特性やサイクル特性を改善することができる。なお、これら粒子は一次粒子が凝集した二次凝集体であってもよく、その場合の平均粒子径は二次凝集体の平均粒子径を意味する。また、各種粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー散乱粒度分布計(例えば、堀場製作所製「LA−920」)を用い、樹脂を溶解しない媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径D50%である。 The average particle size of the lithium-containing composite oxide (positive electrode active materials 1 to 3) containing nickel as a transition metal used in the present invention is preferably 4 to 15 μm, particularly preferably 6 to 10 μm. By setting the average particle size to 4 μm or more, it is possible to increase the density of the positive electrode and to suppress excessive reaction with the electrolytic solution and the like. Further, by setting the thickness to 15 μm or less, charge / discharge characteristics and cycle characteristics at a high current can be improved. These particles may be secondary aggregates in which primary particles are aggregated, and the average particle diameter in this case means the average particle diameter of the secondary aggregates. The average particle size of various particles is, for example, an average particle size measured by dispersing these fine particles in a medium that does not dissolve the resin using a laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by Horiba, Ltd.). D 50% .

さらに、前記全正極活物質、すなわち正極活物質1〜3の平均粒径Dave(μm)と、前記正極活物質1〜3のうち、各正極活物質の平均粒径Diの比である、Di/Daveが0.7〜1.3であることが望ましい。これは、各正極活物質の平均粒径を、上記の条件を満たす範囲において同等とすることで、本発明の目的をより好適に達成することができることを見出した。詳細は不明であるが、各正極活物質の平均粒径を上記の条件を満たす範囲において同等とすることで、正極活物質のバルク表面から内部におけるリチウムイオンの移動経路を均一化することができ、結果として反応性の均一化が確保されていることが原因と考えられる。   Furthermore, Di is a ratio of the average particle diameter Dave (μm) of all the positive electrode active materials, that is, the positive electrode active materials 1 to 3 and the average particle diameter Di of each of the positive electrode active materials 1 to 3. / Dave is preferably 0.7 to 1.3. It has been found that the object of the present invention can be achieved more suitably by making the average particle size of each positive electrode active material equal within a range satisfying the above conditions. Details are unknown, but by making the average particle size of each positive electrode active material equal within the range that satisfies the above conditions, the migration path of lithium ions from the bulk surface of the positive electrode active material to the inside can be made uniform. As a result, it is considered that the uniformity of the reactivity is ensured.

前記全正極活物質のBET法による比表面積は、リチウムイオンとの反応性を確保すること、電解液との副反応を抑制することなどの理由で、0.1〜0.4m/gとすることが好ましい。BET法による比表面積は、窒素吸着法による比表面積測定装置(Mountech社製「Macsorb HM modele−1201」)を用いて、測定することができる。 The specific surface area by the BET method of all the positive electrode active materials is 0.1 to 0.4 m 2 / g for reasons such as ensuring reactivity with lithium ions and suppressing side reactions with the electrolyte. It is preferable to do. The specific surface area by the BET method can be measured by using a specific surface area measuring device by the nitrogen adsorption method (“Macsorb HM model-1201” manufactured by Mounttech).

<正極合剤層の導電助剤>
本発明のリチウムイオン二次電池の正極に係る正極合剤層の導電助剤としては、リチウムイオン二次電池内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛などのグラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(商品名)、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維;アルミニウム粉などの金属粉末;フッ化炭素;酸化亜鉛;チタン酸カリウムなどからなる導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの有機導電性材料;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高い黒鉛と、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャーなどの集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易であり、生産性が良好となる。
<Conductive aid for positive electrode mixture layer>
The conductive auxiliary for the positive electrode mixture layer relating to the positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention may be any one that is chemically stable in the lithium ion secondary battery. For example, graphite such as natural graphite and artificial graphite, acetylene black, ketjen black (trade name), carbon black such as channel black, furnace black, lamp black and thermal black; conductive fiber such as carbon fiber and metal fiber; aluminum Metallic powders such as powders; Fluorinated carbon; Zinc oxide; Conductive whiskers made of potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Organic conductive materials such as polyphenylene derivatives; One species may be used alone, or two or more species may be used in combination. Among these, highly conductive graphite and carbon black excellent in liquid absorption are preferable. Further, the form of the conductive auxiliary agent is not limited to primary particles, and secondary aggregates and aggregated forms such as chain structures can also be used. Such an assembly is easier to handle and has better productivity.

<正極合剤層の結着剤>
本発明のリチウムイオン二次電池の正極に係る正極合剤層の結着剤としては、リチウムイオン二次電池内で化学的に安定なものであれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、テトラフルオロエチレン−ビニリデンフルオライド共重合体(P(TFE−VDF))、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリヘキサフルオロプロピレン(PHFP)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、または、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびそれら共重合体のNaイオン架橋体などが挙げられる。
<Binder for positive electrode mixture layer>
As the binder of the positive electrode mixture layer relating to the positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention, any one of a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used as long as it is chemically stable in the lithium ion secondary battery. Can also be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene-vinylidene fluoride copolymer (P (TFE-VDF)), polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyhexafluoropropylene (PHFP), styrene butadiene Rubber, tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), propylene-tetrafluoroethylene copolymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), It is ethylene - acrylic acid copolymer, ethylene - methacrylic acid copolymer, ethylene - methyl acrylate copolymer, ethylene - methyl methacrylate copolymer and the like Na ion crosslinked product thereof copolymer.

<正極合剤層・集電材など>
正極は、例えば、前述した正極活物質、バインダおよび導電助剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極の製造方法は、前記の方法に制限される訳ではなく、他の製造方法で製造してもよい。
<Positive electrode mixture layer, current collector, etc.>
The positive electrode is prepared, for example, by preparing a paste-like or slurry-like positive electrode mixture-containing composition in which the positive electrode active material, binder and conductive additive described above are dispersed in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). (However, the binder may be dissolved in a solvent), which is applied to one or both sides of the current collector, dried, and then subjected to a calendering process as necessary. However, the manufacturing method of the positive electrode is not limited to the above method, and may be manufactured by other manufacturing methods.

正極合剤層の組成としては、例えば、正極活物質の量が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。   As the composition of the positive electrode mixture layer, for example, the amount of the positive electrode active material is preferably 60 to 95% by mass, the amount of the binder is preferably 1 to 15% by mass, and the amount of the conductive auxiliary agent is 3 It is preferable that it is -20 mass%.

また、カレンダ処理後において、電極合剤層の厚みは、集電体の片面あたり、15〜200μmであることが好ましい。更に、カレンダ処理後において、電極合剤層の密度は、3.2g/cm以上であることが好ましく、3.6g/cm以上であることがより好ましい。このような高密度の電極合剤層を有する電極とすることで、より高容量化を図ることができる。ただし、電極合剤層の密度が大きすぎると、空孔率が小さくなって、非水電解質の浸透性が低下する虞があることから、プレス処理後における電極合剤層の密度は、4.2g/cm以下であることが好ましい。なお、カレンダ処理としては、例えば、1〜30kN/cm程度の線圧でロールプレスすることができ、このような処理によって、前記の密度を有する電極合剤層とすることができる。 Moreover, it is preferable that the thickness of an electrode mixture layer is 15-200 micrometers per single side | surface of a collector after a calendar process. Furthermore, after the calendar treatment, the density of the electrode mixture layer is preferably 3.2 g / cm 3 or more, and more preferably 3.6 g / cm 3 or more. By using an electrode having such a high-density electrode mixture layer, higher capacity can be achieved. However, if the density of the electrode mixture layer is too large, the porosity becomes small and the permeability of the non-aqueous electrolyte may decrease, so the density of the electrode mixture layer after the press treatment is 4. It is preferably 2 g / cm 3 or less. In addition, as a calendar process, it can roll-press with the linear pressure of about 1-30 kN / cm, for example, It can be set as the electrode mixture layer which has the said density by such a process.

また、本明細書でいう電極合剤層の密度は、以下の方法により測定される値である。電極を所定面積に切り取り、その質量を最小目盛0.1mgの電子天秤を用いて測定し、集電体の質量を差し引いて電極合剤層の質量を算出する。一方、電極の全厚を最小目盛1μmのマイクロメーターで10点測定し、これらの測定値から集電体の厚みを差し引いた値の平均値と、面積とから、電極合剤層の体積を算出する。そして、前記電極合剤層の質量を前記体積で割ることにより電極合剤層の密度を算出する。   Moreover, the density of the electrode mixture layer as used in the present specification is a value measured by the following method. The electrode is cut into a predetermined area, the mass is measured using an electronic balance having a minimum scale of 0.1 mg, and the mass of the electrode mixture layer is calculated by subtracting the mass of the current collector. On the other hand, the total thickness of the electrode was measured at 10 points with a micrometer having a minimum scale of 1 μm, and the volume of the electrode mixture layer was calculated from the average value obtained by subtracting the thickness of the current collector from these measured values and the area. To do. Then, the density of the electrode mixture layer is calculated by dividing the mass of the electrode mixture layer by the volume.

集電体は、従来から知られているリチウムイオン二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好ましい。   The current collector can be the same as that used for the positive electrode of a conventionally known lithium ion secondary battery. For example, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferable.

<負極>
本発明のリチウムイオン二次電池に係る負極には、例えば、負極活物質やバインダなどを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に有する構造のものを使用する。負極に係る負極活物質には、従来から知られているリチウムイオン二次電池に用いられている負極、すなわち、リチウムイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する負極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、平均粒子径が5〜30μm程度の、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、Si、Sn、Ge、Bi、Sb、Inなどの元素およびその合金、リチウム含有窒化物、または酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム/アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。中でも、SiOと炭素材料との複合体は高容量であるため、同じ高容量の、例えば一般組成式(2)で表されるリチウム含有複合酸化物を正極活物質として組み合わせれば、高容量な電池を提供することができる。さらに、前記SiOと炭素材料との複合体に、負荷特性やサイクル特性の優れる黒鉛質炭素材料を併用した負極活物質を用いるとより好ましい。
<Negative electrode>
For the negative electrode according to the lithium ion secondary battery of the present invention, for example, a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material, a binder or the like is used on one or both sides of the current collector. The negative electrode active material related to the negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode used in a conventionally known lithium ion secondary battery, that is, a negative electrode containing an active material capable of occluding and releasing lithium ions. For example, as an active material, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), carbon fibers, etc. having an average particle size of about 5 to 30 μm One or a mixture of two or more carbon-based materials capable of occluding and releasing lithium ions is used. In addition, elements such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb and In and alloys thereof, lithium-containing nitrides, oxides and other compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to lithium metal, or lithium metals and lithium / aluminum alloys Can also be used as a negative electrode active material. Among these, since the composite of SiO x and carbon material has a high capacity, if the same high capacity lithium-containing composite oxide represented by, for example, the general composition formula (2) is combined as the positive electrode active material, the high capacity Battery can be provided. Further, it is more preferable to use a negative electrode active material in which a composite of SiO x and carbon material is combined with a graphitic carbon material having excellent load characteristics and cycle characteristics.

SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOには、非晶質のSiOマトリックス中に、Si(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中に、Siが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 The SiO x may contain Si microcrystal or amorphous phase. In this case, the atomic ratio of Si and O is a ratio including Si microcrystal or amorphous phase Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (for example, microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and this amorphous SiO 2 is dispersed in the SiO 2 matrix. It is sufficient that the atomic ratio x satisfies 0.5 ≦ x ≦ 1.5 in combination with Si. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the material has a molar ratio of SiO 2 to Si of 1: 1, x = 1, so that the structural formula is represented by SiO. The In the case of a material having such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but when observed with a transmission electron microscope, the presence of fine Si Can be confirmed.

そして、SiOは、炭素材料と複合化した複合体であり、例えば、SiOの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。前記の通り、SiOは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料(導電助剤)を使用し、負極内におけるSiOと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。SiOを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にSiOと炭素材料などの導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。 Then, SiO x is a complex complexed with carbon materials, for example, it is desirable that the surface of the SiO x is coated with a carbon material. As described above, since SiO x has poor conductivity, when using it as a negative electrode active material, from the viewpoint of securing good battery characteristics, a conductive material (conductive aid) is used, and SiO x in the negative electrode is used. It is necessary to form an excellent conductive network by mixing and dispersing the material and the conductive material well. If complexes complexed with carbon material SiO x, for example, simply than with a material obtained by mixing a conductive material such as SiO x and the carbon material, good conductive network in the negative electrode Formed.

SiOと炭素材料との複合体としては、前記のように、SiOの表面を炭素材料で被覆したものの他、SiOと炭素材料との造粒体などが挙げられる。 The complex of the SiO x and the carbon material, as described above, other although the surface of the SiO x coated with carbon material, such as granules of SiO x and the carbon material can be cited.

また、前記の、SiOの表面を炭素材料で被覆した複合体を、更に導電性材料(炭素材料など)と複合化して用いることで、負極において更に良好な導電ネットワークの形成が可能となるため、より高容量で、より電池特性(例えば、充放電サイクル特性)に優れた非水二次電池の実現が可能となる。炭素材料で被覆されたSiOと炭素材料との複合体としては、例えば、炭素材料で被覆されたSiOと炭素材料との混合物を更に造粒した造粒体などが挙げられる。 In addition, since the composite in which the surface of SiO x is coated with a carbon material is further combined with a conductive material (carbon material or the like), a better conductive network can be formed in the negative electrode. Thus, it is possible to realize a non-aqueous secondary battery with higher capacity and better battery characteristics (for example, charge / discharge cycle characteristics). The complex of the SiO x and the carbon material coated with a carbon material, for example, like granules the mixture was further granulated with SiO x and the carbon material coated with a carbon material.

また、表面が炭素材料で被覆されたSiOとしては、SiOとそれよりも比抵抗値が小さい炭素材料との複合体(例えば造粒体)の表面が、更に炭素材料で被覆されてなるものも、好ましく用いることができる。前記造粒体内部でSiOと炭素材料とが分散した状態であると、より良好な導電ネットワークを形成できるため、SiOを負極活物質として含有する負極を有するリチウムイオン二次電池において、重負荷放電特性などの電池特性を更に向上させることができる。 Further, as SiO x whose surface is coated with a carbon material, the surface of a composite (for example, a granulated body) of SiO x and a carbon material having a smaller specific resistance value is further coated with a carbon material. Those can also be preferably used. In a state where SiO x and the carbon material are dispersed in the granulated body, a better conductive network can be formed. Therefore, in a lithium ion secondary battery having a negative electrode containing SiO x as a negative electrode active material, Battery characteristics such as load discharge characteristics can be further improved.

SiOとの複合体の形成に用い得る前記炭素材料としては、例えば、低結晶性炭素、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などの炭素材料が好ましいものとして挙げられる。 Preferred examples of the carbon material that can be used to form a composite with SiO x include carbon materials such as low crystalline carbon, carbon nanotubes, and vapor grown carbon fibers.

前記炭素材料の詳細としては、繊維状またはコイル状の炭素材料、カーボンブラック(アセチレンブラック、ケッチェンブラックを含む)、人造黒鉛、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料が好ましい。繊維状またはコイル状の炭素材料は、導電ネットワークを形成し易く、かつ表面積の大きい点において好ましい。カーボンブラック(アセチレンブラック,ケッチェンブラックを含む)、易黒鉛化炭素および難黒鉛化炭素は、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有している点において好ましい。 The details of the carbon material include at least one selected from the group consisting of fibrous or coiled carbon materials, carbon black (including acetylene black and ketjen black), artificial graphite, graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon. A seed material is preferred. Fibrous or coil-like carbon materials are preferable in that they easily form a conductive network and have a large surface area. Carbon black (including acetylene black and ketjen black), graphitizable carbon, and non-graphitizable carbon have high electrical conductivity and high liquid retention, and even if SiO x particles expand and contract. This is preferable in that it has a property of easily maintaining contact with the particles.

負極活物質としてSiOと併用される黒鉛質炭素材料を、SiOと炭素材料との複合体に係る炭素材料として使用することもできる。黒鉛質炭素材料も、カーボンブラックなどと同様に、高い電気伝導性、高い保液性を有しており、さらに、SiO粒子が膨張収縮しても、その粒子との接触を保持し易い性質を有しているため、SiOとの複合体形成に好ましく使用することができる。 A graphite carbon material used in combination with SiO x as a negative electrode active material can also be used as a carbon material related to a composite of SiO x and a carbon material. Graphite carbon material, like carbon black, has high electrical conductivity and high liquid retention, and even when SiO x particles expand and contract, they easily maintain contact with the particles. Therefore, it can be preferably used for forming a complex with SiO x .

前記例示の炭素材料の中でも、SiOとの複合体が造粒体である場合に用いるものとしては、繊維状の炭素材料が特に好ましい。繊維状の炭素材料は、その形状が細い糸状であり柔軟性が高いために電池の充放電に伴うSiOの膨張収縮に追従でき、また、嵩密度が大きいために、SiO粒子と多くの接合点を持つことができるからである。繊維状の炭素としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられ、これらの何れを用いてもよい。 Among the carbon materials exemplified above, a fibrous carbon material is particularly preferable for use when the composite with SiO x is a granulated body. Fibrous carbon material can follow the expansion and contraction of SiO x with the charging and discharging of the battery due to the high shape is thin threadlike flexibility, also because bulk density is large, many and SiO x particles It is because it can have a junction. Examples of the fibrous carbon include polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fiber, pitch-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube, and any of these may be used.

なお、繊維状の炭素材料は、例えば、気相法にてSiO粒子の表面に形成することもできる。 The fibrous carbon material can also be formed on the surface of the SiO x particles by, for example, a vapor phase method.

SiOの比抵抗値が、通常、10〜10kΩcmであるのに対して、前記例示の炭素材料の比抵抗値は、通常、10−5〜10kΩcmである。また、SiOと炭素材料との複合体は、粒子表面の炭素材料被覆層を覆う材料層(難黒鉛化炭素を含む材料層)を更に有していてもよい。 The specific resistance value of SiO x is usually 10 3 to 10 7 kΩcm, while the specific resistance value of the carbon material exemplified above is usually 10 −5 to 10 kΩcm. The composite of SiO x and the carbon material may further have a material layer (a material layer containing non-graphitizable carbon) that covers the carbon material coating layer on the particle surface.

負極にSiOと炭素材料との複合体を使用する場合、SiOと炭素材料との比率は、炭素材料との複合化による作用を良好に発揮させる観点から、SiO:100質量部に対して、炭素材料が、5質量部以上であることが好ましく、10質量部以上であることがより好ましい。また、前記複合体において、SiOと複合化する炭素材料の比率が多すぎると、負極合剤層中のSiO量の低下に繋がり、高容量化の効果が小さくなる虞があることから、SiO:100質量部に対して、炭素材料は、50質量部以下であることが好ましく、40質量部以下であることがより好ましい。 When a composite of SiO x and a carbon material is used for the negative electrode, the ratio of SiO x and the carbon material is based on SiO x : 100 parts by mass from the viewpoint of satisfactorily exerting the effect of the composite with the carbon material. The carbon material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass or more. Further, in the composite, if the ratio of the carbon material to be combined with SiO x is too large, it may lead to a decrease in the amount of SiO x in the negative electrode mixture layer, and the effect of increasing the capacity may be reduced. SiO x: relative to 100 parts by weight, the carbon material, and more preferably preferably not more than 50 parts by weight, more than 40 parts by weight.

前記のSiOと炭素材料との複合体は、例えば下記の方法によって得ることができる。 The composite of the SiO x and the carbon material can be obtained, for example, by the following method.

まず、SiOを複合化する場合の作製方法について説明する。SiOが分散媒に分散した分散液を用意し、それを噴霧し乾燥して、複数の粒子を含む複合粒子を作製する。分散媒としては、例えば、エタノールなどを用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。前記の方法以外にも、振動型や遊星型のボールミルやロッドミルなどを用いた機械的な方法による造粒方法においても、同様の複合粒子を作製することができる。 First, a manufacturing method in the case of combining SiO x will be described. A dispersion liquid in which SiO x is dispersed in a dispersion medium is prepared, and sprayed and dried to produce composite particles including a plurality of particles. For example, ethanol or the like can be used as the dispersion medium. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. In addition to the above method, similar composite particles can be produced also by a granulation method by a mechanical method using a vibration type or planetary type ball mill or rod mill.

なお、SiOと、SiOよりも比抵抗値の小さい炭素材料との造粒体を作製する場合には、SiOが分散媒に分散した分散液中に前記炭素材料を添加し、この分散液を用いて、SiOを複合化する場合と同様の手法によって複合粒子(造粒体)とすればよい。また、前記と同様の機械的な方法による造粒方法によっても、SiOと炭素材料との造粒体を作製することができる。 Incidentally, the SiO x, in the case of manufacturing a granulated body with small carbon material resistivity value than SiO x is adding the carbon material in the dispersion liquid of SiO x are dispersed in a dispersion medium, the dispersion by using a liquid, by a similar method to the case of composite of SiO x may be a composite particle (granule). Further, by granulation process according to the similar mechanical method, it is possible to produce a granular material of the SiO x and the carbon material.

次に、SiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で被覆して複合体とする場合には、例えば、SiO粒子と炭化水素系ガスとを気相中にて加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させる。このように、気相成長(CVD)法によれば、炭化水素系ガスが複合粒子の隅々にまで行き渡り、粒子の表面や表面の空孔内に、導電性を有する炭素材料を含む薄くて均一な皮膜(炭素材料被覆層)を形成できることから、少量の炭素材料によってSiO粒子に均一性よく導電性を付与できる。 Next, when the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is coated with a carbon material to form a composite, for example, the SiO x particles and the hydrocarbon-based material The gas is heated in the gas phase, and carbon generated by pyrolysis of the hydrocarbon-based gas is deposited on the surface of the particles. As described above, according to the vapor deposition (CVD) method, the hydrocarbon-based gas spreads to every corner of the composite particle, and the surface of the particle and the pores in the surface are thin and contain a conductive carbon material. Since a uniform film (carbon material coating layer) can be formed, the SiO x particles can be imparted with good conductivity with a small amount of carbon material.

炭素材料で被覆されたSiOの製造において、気相成長(CVD)法の処理温度(雰囲気温度)については、炭化水素系ガスの種類によっても異なるが、通常、600〜1200℃が適当であり、中でも、700℃以上であることが好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い炭素を含む被覆層を形成できるからである。 In the production of SiO x coated with a carbon material, the processing temperature (atmosphere temperature) of the vapor deposition (CVD) method varies depending on the type of hydrocarbon gas, but usually 600 to 1200 ° C. is appropriate. Among these, the temperature is preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the treatment temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing carbon having high conductivity.

炭化水素系ガスの液体ソースとしては、トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなどを用いることができるが、取り扱い易いトルエンが特に好ましい。これらを気化させる(例えば、窒素ガスでバブリングする)ことにより炭化水素系ガスを得ることができる。また、メタンガスやアセチレンガスなどを用いることもできる。   As the liquid source of the hydrocarbon-based gas, toluene, benzene, xylene, mesitylene and the like can be used, but toluene that is easy to handle is particularly preferable. A hydrocarbon-based gas can be obtained by vaporizing them (for example, bubbling with nitrogen gas). Moreover, methane gas, acetylene gas, etc. can also be used.

また、気相成長(CVD)法にてSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)の表面を炭素材料で覆った後に、石油系ピッチ、石炭系のピッチ、熱硬化性樹脂、およびナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物よりなる群から選択される少なくとも1種の有機化合物を、炭素材料を含む被覆層に付着させた後、前記有機化合物が付着した粒子を焼成してもよい。 In addition, after the surface of SiO x particles (SiO x composite particles or a granulated body of SiO x and a carbon material) is covered with a carbon material by a vapor deposition (CVD) method, a petroleum-based pitch or a coal-based pitch is used. At least one organic compound selected from the group consisting of a thermosetting resin and a condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes is attached to a coating layer containing a carbon material, and then the organic compound is attached. The obtained particles may be fired.

具体的には、炭素材料で被覆されたSiO粒子(SiO複合粒子、またはSiOと炭素材料との造粒体)と、前記有機化合物とが分散媒に分散した分散液を用意し、この分散液を噴霧し乾燥して、有機化合物によって被覆された粒子を形成し、その有機化合物によって被覆された粒子を焼成する。 Specifically, a dispersion liquid in which a SiO x particle (SiO x composite particle or a granulated body of SiO x and a carbon material) coated with a carbon material and the organic compound are dispersed in a dispersion medium is prepared, The dispersion is sprayed and dried to form particles coated with the organic compound, and the particles coated with the organic compound are fired.

前記ピッチとしては等方性ピッチを、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂などを用いることができる。ナフタレンスルホン酸塩とアルデヒド類との縮合物としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を用いることができる。   An isotropic pitch can be used as the pitch, and a phenol resin, a furan resin, a furfural resin, or the like can be used as the thermosetting resin. As the condensate of naphthalene sulfonate and aldehydes, naphthalene sulfonic acid formaldehyde condensate can be used.

炭素材料で被覆されたSiO粒子と前記有機化合物とを分散させるための分散媒としては、例えば、水、アルコール類(エタノールなど)を用いることができる。分散液の噴霧は、通常、50〜300℃の雰囲気内で行うことが適当である。焼成温度は、通常、600〜1200℃が適当であるが、中でも700℃以上が好ましく、800℃以上であることが更に好ましい。処理温度が高い方が不純物の残存が少なく、かつ導電性の高い良質な炭素材料を含む被覆層を形成できるからである。ただし、処理温度はSiOの融点以下であることを要する。 As a dispersion medium for dispersing the SiO x particles coated with the carbon material and the organic compound, for example, water or alcohols (ethanol or the like) can be used. It is appropriate to spray the dispersion in an atmosphere of 50 to 300 ° C. The firing temperature is usually 600 to 1200 ° C., preferably 700 ° C. or higher, and more preferably 800 ° C. or higher. This is because the higher the processing temperature, the less the remaining impurities, and the formation of a coating layer containing a high-quality carbon material with high conductivity. However, the processing temperature needs to be lower than the melting point of SiO x .

前記のSiOと炭素材料との複合体と共に負極活物質として使用する黒鉛質炭素材料としては、例えば、鱗片状黒鉛などの天然黒鉛;熱分解炭素類、MCMB、炭素繊維などの易黒鉛化炭素を2800℃以上で黒鉛化処理した人造黒鉛;などが挙げられる。 Examples of the graphitic carbon material used as the negative electrode active material together with the composite of SiO x and the carbon material include natural graphite such as flake graphite; graphitizable carbon such as pyrolytic carbons, MCMB, and carbon fiber. And artificial graphite obtained by graphitizing at 2800 ° C. or higher.

なお、本発明に係る負極においては、SiOを使用することによる高容量化の効果を良好に確保する観点から、負極活物質中におけるSiOと炭素材料との複合体の含有量が、0.01質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また、充放電に伴うSiOの体積変化による問題をより良好に回避する観点から、負極活物質中におけるSiOと炭素材料との複合体の含有量が、20質量%以下であることが好ましく、15質量%以下であることがより好ましい。 In the negative electrode according to the present invention, from the viewpoint of satisfactorily ensuring the effect of the high capacity by using a SiO x, the content of the complex of the SiO x and the carbon material in the anode active material, 0 It is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more. Further, from the viewpoint of better avoiding the problem due to the volume change of SiO x accompanying charge / discharge, the content of the composite of SiO x and carbon material in the negative electrode active material is preferably 20% by mass or less. More preferably, it is 15 mass% or less.

本発明に係る負極は、SiOと炭素材料との複合体、黒鉛質炭素材料、およびバインダなどを含む混合物(負極合剤)に、適当な溶媒(分散媒)を加えて十分に混練して得たペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥などにより溶媒(分散媒)を除去して、所定の厚みおよび密度を有する負極合剤層を形成することによって得ることができる。なお、本発明に係る負極は、前記の製法により得られたものに限られず、他の製法で製造したものであってもよい。 The negative electrode according to the present invention is sufficiently kneaded by adding an appropriate solvent (dispersion medium) to a mixture (negative electrode mixture) containing a composite of SiO x and a carbon material, a graphitic carbon material, and a binder. The obtained paste-like or slurry-like negative electrode mixture-containing composition is applied to one side or both sides of the current collector, and the solvent (dispersion medium) is removed by drying or the like, thereby having a predetermined thickness and density. It can be obtained by forming a layer. In addition, the negative electrode which concerns on this invention is not restricted to what was obtained by the said manufacturing method, The thing manufactured by the other manufacturing method may be used.

<負極合剤層のバインダ>
負極合剤層に使用するバインダとしては、例えば、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロースなどの多糖類やそれらの変成体;ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂やそれらの変成体;ポリイミド;エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどのゴム状弾性を有するポリマーやそれらの変成体;などが挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
<Binder of negative electrode mixture layer>
Examples of the binder used in the negative electrode mixture layer include starch, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethylcellulose (CMC), hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, diacetylcellulose, and other polysaccharides and modified products thereof; polyvinylchloride, Thermoplastic resins such as polyvinylpyrrolidone, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyamide and their modified products; polyimide; ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene Rubber (SBR), butadiene rubber, polybutadiene, fluororubber, polyethylene oxide and other polymers having rubbery elasticity, and modified products thereof. May be used alone or two or more al.

<負極合剤層の導電助剤>
負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。このような導電性材料としては、リチウムイオン二次電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック(サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなど)、炭素繊維、金属粉(銅、ニッケル、アルミニウム、銀など)、金属繊維、ポリフェニレン誘導体(特開昭59−20971号公報に記載のもの)などの材料を、1種または2種以上用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックやアセチレンブラックがより好ましい。
<Conductive aid for negative electrode mixture layer>
A conductive material may be further added to the negative electrode mixture layer as a conductive aid. Such a conductive material is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the lithium ion secondary battery. For example, carbon black (thermal black, furnace black, channel black, ketjen black, acetylene black) Etc.), carbon fibers, metal powder (copper, nickel, aluminum, silver, etc.), metal fibers, polyphenylene derivatives (described in JP-A-59-20971), and the like are used alone or in combination. be able to. Among these, carbon black is preferably used, and ketjen black and acetylene black are more preferable.

導電助剤として使用する炭素材料の粒径は、例えば、前述したレーザー散乱粒度分布計(例えば、堀場製作所製「LA−920」)を用い、媒体に、これら微粒子を分散させて測定した平均粒子径(D50%)で、0.01μm以上であることが好ましく、0.02μm以上であることがより好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。 The particle size of the carbon material used as the conductive aid is, for example, an average particle size measured by dispersing these fine particles in a medium using the laser scattering particle size distribution meter (for example, “LA-920” manufactured by HORIBA, Ltd.). The diameter (D 50% ) is preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.02 μm or more, and preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.

<負極合剤層・集電体など>
負極合剤層においては、負極活物質の総量を、80〜99質量%とし、バインダの量を1〜20質量%とすることが好ましい。また、別途導電助剤として導電性材料を使用する場合には、負極合剤層におけるこれらの導電性材料は、負極活物質の総量およびバインダ量が、前記の好適値を満足する範囲で使用することが好ましい。負極合剤層の厚みは、例えば、片面あたりで10〜100μmであることが好ましい。
<Negative electrode mixture layer, current collector, etc.>
In the negative electrode mixture layer, it is preferable that the total amount of the negative electrode active material is 80 to 99% by mass and the amount of the binder is 1 to 20% by mass. In addition, when a conductive material is separately used as the conductive auxiliary agent, these conductive materials in the negative electrode mixture layer are used in a range in which the total amount of the negative electrode active material and the binder amount satisfy the above-described preferable values. It is preferable. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one surface, for example.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is 5 μm in order to ensure mechanical strength. Is desirable.

<セパレータ>
セパレータは、通常のリチウムイオン二次電池に使用される、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどから構成されるポリオレフィン製の多孔質膜を用いることができる。
<Separator>
The separator may be a polyolefin porous film made of, for example, polyethylene or polypropylene, which is used for a normal lithium ion secondary battery.

セパレータとして、特に前記ポリエチレン製の多孔質膜を用いた場合、ポリエチレンの融点が概ね130℃前後であるため、電池内部が130℃を超えると、セパレータが溶けて収縮し、正極および負極が短絡してしまうこともある。そこで、高温度下での安全性を高めるために、例えば耐熱性樹脂や耐熱性無機フィラーを積層したセパレータを用いてもよい。   Especially when the polyethylene porous membrane is used as the separator, since the melting point of polyethylene is about 130 ° C., when the inside of the battery exceeds 130 ° C., the separator melts and contracts, and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited. Sometimes. Therefore, in order to improve safety at high temperatures, for example, a separator in which a heat resistant resin or a heat resistant inorganic filler is laminated may be used.

特に、熱可塑性樹脂を主体とする多孔質層(I)と、耐熱温度が150℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層(II)とを有する積層型のセパレータを使用すると、前記セパレータは、高いシャットダウン特性と耐熱性(耐熱収縮性)とを兼ね備えているので望ましい。   In particular, when a laminated separator having a porous layer (I) mainly composed of a thermoplastic resin and a porous layer (II) mainly comprising a filler having a heat resistant temperature of 150 ° C. or higher is used, the separator is It is desirable because it combines high shutdown characteristics and heat resistance (heat shrinkage resistance).

本明細書において、「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。   In this specification, “heat-resistant temperature is 150 ° C. or higher” means that deformation such as softening is not observed at least at 150 ° C.

セパレータに係る多孔質層(I)は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、電池が多孔質層(I)の主体となる成分である熱可塑性樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層(I)に係る熱可塑性樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。   The porous layer (I) according to the separator is mainly for ensuring a shutdown function, and when the battery reaches or exceeds the melting point of the thermoplastic resin that is the main component of the porous layer (I), The thermoplastic resin related to the porous layer (I) melts and closes the pores of the separator, thereby causing a shutdown that suppresses the progress of the electrochemical reaction.

多孔質層(I)の主体となる熱可塑性樹脂としては、融点、すなわち、JIS K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度が140℃以下の樹脂が好ましく、具体的には、例えばポリエチレンが挙げられる。また、多孔質層(I)の形態としては、電池用のセパレータとして通常用いられている微多孔膜や、不織布などの基材にポリエチレンの粒子を含む分散液を塗布し、乾燥するなどして得られるものなどのシート状物が挙げられる。ここで、多孔質層(I)の構成成分の全体積中〔空孔部分を除く全体積。セパレータに係る多孔質層(I)および多孔質層(II)の構成成分の体積含有率に関して、以下同じ。〕において、主体となる熱可塑性樹脂の体積含有率は、50体積%以上であり、70体積%以上であることがより好ましい。なお、例えば多孔質層(I)を前記PEの微多孔膜で形成する場合は、熱可塑性樹脂の体積含有率が100体積%となる。   The thermoplastic resin that is the main component of the porous layer (I) is a resin having a melting point, that is, a melting temperature of 140 ° C. or less measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with JIS K 7121. Specific examples include polyethylene. In addition, as the form of the porous layer (I), a microporous film usually used as a battery separator or a base material such as a nonwoven fabric is coated with a dispersion containing polyethylene particles and dried. Examples thereof include sheet-like materials such as those obtained. Here, among the total volume of the constituent components of the porous layer (I) [the total volume excluding the pores. The same applies to the volume content of the constituent components of the porous layer (I) and the porous layer (II) relating to the separator. ], The volume content of the main thermoplastic resin is 50% by volume or more, and more preferably 70% by volume or more. For example, when the porous layer (I) is formed of the PE microporous film, the volume content of the thermoplastic resin is 100% by volume.

セパレータに係る多孔質層(II)は、電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、耐熱温度が150℃以上のフィラーによって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、たとえ多孔質層(I)が収縮しても、収縮し難い多孔質層(II)によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することがでる。また、この耐熱性の多孔質層(II)がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層(I)の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。   The porous layer (II) according to the separator has a function of preventing a short circuit due to direct contact between the positive electrode and the negative electrode even when the internal temperature of the battery rises, and has a heat resistance temperature of 150 ° C. or higher. The function is secured by. In other words, when the battery becomes hot, even if the porous layer (I) shrinks, the porous layer (II) which does not easily shrink can cause the positive and negative electrodes directly when the separator is thermally shrunk. It is possible to prevent a short circuit due to the contact of. Moreover, since this heat-resistant porous layer (II) acts as a skeleton of the separator, the thermal contraction of the porous layer (I), that is, the thermal contraction of the entire separator itself can be suppressed.

多孔質層(II)に係るフィラーは、耐熱温度が150℃以上で、電池の有する電解液に対して安定であり、更に電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定なものであれば、無機粒子でも有機粒子でもよいが、分散などの点から微粒子であることが好ましく、また、無機酸化物粒子、より具体的には、アルミナ、シリカ、ベーマイトが好ましい。アルミナ、シリカ、ベーマイトは、耐酸化性が高く、粒径や形状を所望の数値などに調整することが可能であるため、多孔質層(II)の空孔率を精度よく制御することが容易となる。なお、耐熱温度が150℃以上のフィラーは、例えば前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The filler related to the porous layer (II) has a heat-resistant temperature of 150 ° C. or higher, is stable with respect to the electrolyte solution of the battery, and is electrochemically stable that is not easily oxidized or reduced in the battery operating voltage range. If present, inorganic particles or organic particles may be used, but fine particles are preferable from the viewpoint of dispersion and the like, and inorganic oxide particles, more specifically, alumina, silica, and boehmite are preferable. Alumina, silica, and boehmite have high oxidation resistance, and the particle size and shape can be adjusted to the desired numerical values, making it easy to accurately control the porosity of the porous layer (II). It becomes. In addition, the filler whose heat-resistant temperature is 150 degreeC or more may use the thing of the said illustration individually by 1 type, and may use 2 or more types together, for example.

<電解液>
本発明の電池に係る非水電解液には、通常、非水系溶媒中にリチウム塩を溶解させた溶液が使用される。
<Electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte solution according to the battery of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent is usually used.

非水電解液に係る溶媒には、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、γ−ブチロラクトン(γ-BL)、1,2−ジメトキシエタン(DME)、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、蟻酸メチル、酢酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトンなどの非プロトン性有機溶媒を1種単独で、または2種以上を混合した混合溶媒として用いることができる。   Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), methyl ethyl carbonate (MEC), γ -Butyrolactone (γ-BL), 1,2-dimethoxyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide (DMSO), 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide (DMF), Dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester, trimethoxymethane, dioxolane derivative, sulfolane, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative Aprotic organic solvents such as conductors, diethyl ether, and 1,3-propane sultone can be used alone or as a mixed solvent in which two or more are mixed.

非水電解液に係る無機イオン塩としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO[ここでRfはフルオロアルキル基]などのリチウム塩から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらのリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、0.6〜1.8mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.6mol/lとすることがより好ましい。 The inorganic ion salt according to the non-aqueous electrolyte solution, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group] At least one selected from the group consisting of: The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.6 to 1.8 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.6 mol / l.

非水電解液には、シクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体(1−フルオロ−2−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−3−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼン、1−クロロ−4−シクロヘキシルベンゼン、1−ブロモ−4−シクロヘキシルベンゼン、1−ヨード−4−シクロヘキシルベンゼンなど)を含有するものを使用することが好ましい。   Non-aqueous electrolytes include cyclohexylbenzene or its derivatives (1-fluoro-2-cyclohexylbenzene, 1-fluoro-3-cyclohexylbenzene, 1-fluoro-4-cyclohexylbenzene, 1-chloro-4-cyclohexylbenzene, 1 -Bromo-4-cyclohexylbenzene, 1-iodo-4-cyclohexylbenzene, etc.) are preferably used.

シクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体は、電池の過充電時に分解してガスを発生させる作用を有している。よって、シクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体を含有する非水電解液を使用することで、電池の過充電時における感圧式の安全手段の作動性を更に高めることができる。   Cyclohexylbenzene or a derivative thereof has an action of decomposing and generating gas when the battery is overcharged. Therefore, by using a nonaqueous electrolytic solution containing cyclohexylbenzene or a derivative thereof, the operability of the pressure-sensitive safety means during battery overcharge can be further enhanced.

シクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体は、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   As for cyclohexylbenzene or a derivative thereof, those exemplified above may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.

電池に使用する非水電解液に係るシクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体の含有量(これらのうちの1種のみを用いる場合は、その含有量であり、2種以上を併用する場合には、それらの合計量である。電池に使用する非水電解液に係るシクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体の含有量について、以下同じ。)は、これらの使用による前記の効果を良好に確保する観点から、非水電解液の溶媒全量中、1.0質量%以上であることが好ましく、1.5質量%以上であることがより好ましい。   Content of cyclohexylbenzene or derivative thereof related to non-aqueous electrolyte used in battery (if only one of these is used, it is the content, and when using two or more in combination, the total of them) The same applies to the content of cyclohexylbenzene or a derivative thereof relating to the non-aqueous electrolyte used in the battery.) From the viewpoint of ensuring the above-mentioned effects due to their use, the content of the non-aqueous electrolyte is as follows. The total amount of the solvent is preferably 1.0% by mass or more, and more preferably 1.5% by mass or more.

ただし、非水電解液中のシクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体は、電池の通常の使用時においても徐々に分解して、正極の抵抗増大やセパレータの目詰まりを引き起こす虞がある。よって、シクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体の使用による前記の問題を回避する観点から、電池に使用する非水電解液におけるシクロヘキシルベンゼンまたはその誘導体の含有量は、非水電解液の溶媒全量中、3.0質量%以下であることが好ましく、2.0質量%以下であることがより好ましい。   However, cyclohexylbenzene or a derivative thereof in the non-aqueous electrolyte may be gradually decomposed even during normal use of the battery, causing an increase in resistance of the positive electrode and clogging of the separator. Therefore, from the viewpoint of avoiding the above problem due to the use of cyclohexylbenzene or a derivative thereof, the content of cyclohexylbenzene or a derivative thereof in the nonaqueous electrolytic solution used in the battery is 3.0% in the total amount of the solvent of the nonaqueous electrolytic solution. The content is preferably at most mass%, more preferably at most 2.0 mass%.

また、電池に使用する非水電解液には、充放電サイクル特性の更なる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を更に向上させる目的で、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、ビニレンカーボネートおよびその誘導体、ハロゲン置換された環状カーボネート(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなど)などの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。   In addition, the non-aqueous electrolyte used in the battery has an acid anhydride, a sulfonic acid ester, a dinitrile, for the purpose of further improving the safety such as further improvement of charge / discharge cycle characteristics and high-temperature storage and prevention of overcharge. 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, biphenyl, fluorobenzene, t-butylbenzene, vinylene carbonate and its derivatives, halogen-substituted cyclic carbonates (such as 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one), etc. These additives (including these derivatives) can also be added as appropriate.

更に、非水電解液にポリマーなどからなるゲル化剤を添加してゲル状(ゲル状電解質)として使用してもよい。   Further, a gelling agent made of a polymer or the like may be added to the nonaqueous electrolytic solution and used as a gel (gel electrolyte).

<電池外装など>
電池の外装体は、感圧式の安全手段を有するものであればよく、例えば、スチール製やアルミニウム(アルミニウム合金)製の筒形(円筒形や角筒形など)の外装缶、金属を蒸着したラミネートフィルムからなるラミネート外装体などを用いることができる。
<Battery exterior>
The battery exterior body only needs to have pressure-sensitive safety means, for example, steel or aluminum (aluminum alloy) tubular cans (cylindrical or square tubular) cans, and metal is deposited. A laminate outer package made of a laminate film can be used.

図1に、本発明に係るリチウムイオン二次電池の一例を表す縦断面図を示している。図1に示すリチウムイオン二次電池は、感圧式の安全手段として、電流遮断機構を含む防爆手段を備えた円筒形電池の例である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a lithium ion secondary battery according to the present invention. The lithium ion secondary battery shown in FIG. 1 is an example of a cylindrical battery provided with explosion-proof means including a current interruption mechanism as a pressure-sensitive safety means.

図1に示すリチウムイオン二次電池では、正極1と負極2がセパレータ3を介して渦巻状に巻回され、巻回電極体として非水電解液4と共に電池ケース(外装体)5内に収容されている。なお、図1では、繁雑化を避けるため、正極1や負極2の作製にあたって使用した集電体などは図示していない。   In the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1, the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are spirally wound via a separator 3 and are housed in a battery case (exterior body) 5 together with a nonaqueous electrolyte solution 4 as a wound electrode body. Has been. In FIG. 1, in order to avoid complication, a current collector used for manufacturing the positive electrode 1 and the negative electrode 2 is not shown.

電池ケース5(例えばステンレス鋼製)の底部には前記巻回電極体の挿入に先立って、絶縁体6(例えばPP)が配置されている。封口板7(例えばアルミニウム製)は円板状をしていて、その中央部に薄肉部7aが設けられ、かつ前記薄肉部7aの周囲に電池内圧を防爆弁9に作用させるための圧力導入口7bとしての孔が設けられている。そして、この薄肉部7aの上面に防爆弁9の突出部9aが溶接され、溶接部分11を構成している。なお、前記の封口板7に設けた薄肉部7aや防爆弁9の突出部9aなどは、図面上での理解がしやすいように、切断面のみを図示しており、切断面後方の輪郭は図示を省略している。また、封口板7の薄肉部7aと防爆弁9の突出部9aの溶接部分11も、図面上での理解が容易なように、実際よりは誇張した状態に図示している。   An insulator 6 (for example, PP) is disposed on the bottom of the battery case 5 (for example, made of stainless steel) prior to the insertion of the wound electrode body. The sealing plate 7 (for example, made of aluminum) has a disk shape, a thin portion 7a is provided at the center thereof, and a pressure introduction port for allowing the battery internal pressure to act on the explosion-proof valve 9 around the thin portion 7a. A hole 7b is provided. And the protrusion part 9a of the explosion-proof valve 9 is welded to the upper surface of this thin part 7a, and the welding part 11 is comprised. The thin-walled portion 7a provided on the sealing plate 7 and the protruding portion 9a of the explosion-proof valve 9 are shown only on the cut surface for easy understanding on the drawing, and the contour behind the cut surface is The illustration is omitted. In addition, the welded portion 11 of the thin-walled portion 7a of the sealing plate 7 and the protruding portion 9a of the explosion-proof valve 9 is also illustrated in an exaggerated state so as to facilitate understanding on the drawing.

端子板8(例えば、表面にニッケルメッキが施された圧延鋼製)は周縁部が鍔状になった帽子状をしており、この端子板8にはガス排出口8aが設けられている。防爆弁9(例えばアルミニウム製)は円板状をしており、その中央部には発電要素側(図1では、下側)に先端部を有する突出部9aが設けられ、かつ薄肉部9bが設けられ、前記突出部9aの下面が、前記のように、封口板7の薄肉部7aの上面に溶接され、溶接部分11を構成している。絶縁パッキング10(例えばPP製)は環状をしており、封口板7の周縁部の上部に配置され、その上部に防爆弁9が配置していて、封口板7と防爆弁9とを絶縁する。環状ガスケット12は例えばPP製で、リード体13(例えばアルミニウム製)は前記封口板7と正極1とを接続し、巻回電極体の上部には絶縁体14が配置され、負極2と電池ケース5の底部とはリード体15(例えばニッケル製)で接続されている。   The terminal plate 8 (for example, made of rolled steel with a nickel plating on the surface) has a hat shape with a peripheral edge portion, and the terminal plate 8 is provided with a gas discharge port 8a. The explosion-proof valve 9 (for example, made of aluminum) has a disk shape, and has a projecting portion 9a having a tip portion on the power generation element side (lower side in FIG. 1) at the center thereof, and a thin-walled portion 9b. As described above, the lower surface of the protruding portion 9a is welded to the upper surface of the thin portion 7a of the sealing plate 7 to constitute the welded portion 11. The insulating packing 10 (for example, made of PP) has an annular shape and is disposed at the upper portion of the peripheral edge of the sealing plate 7, and the explosion-proof valve 9 is disposed on the upper portion thereof, and insulates the sealing plate 7 and the explosion-proof valve 9. . The annular gasket 12 is made of, for example, PP, the lead body 13 (for example, made of aluminum) connects the sealing plate 7 and the positive electrode 1, the insulator 14 is disposed on the upper part of the wound electrode body, the negative electrode 2 and the battery case. 5 is connected with a lead body 15 (for example, made of nickel).

この電池においては、封口板7の薄肉部7aと防爆弁9の突出部9aとが溶接部分11で接触し、防爆弁9の周縁部と端子板8の周縁部とが接触し、正極1と封口板7とは正極側のリード体13で接続されているので、通常の状態では、正極1と端子板8とはリード体13、封口板7、防爆弁9およびそれらの溶接部分11によって電気的接続が得られ、電路として正常に機能する。   In this battery, the thin-walled portion 7a of the sealing plate 7 and the protruding portion 9a of the explosion-proof valve 9 are in contact with each other at the welded portion 11, the peripheral portion of the explosion-proof valve 9 and the peripheral portion of the terminal plate 8 are in contact with each other. Since the positive electrode 1 and the terminal plate 8 are connected to the sealing plate 7 by the positive lead 13, the positive electrode 1 and the terminal plate 8 are electrically connected by the lead 13, the sealing plate 7, the explosion-proof valve 9, and their welded portions 11. Connection is obtained and functions normally as an electrical circuit.

そして、電池が過充電状態になったり、また、電池が高温にさらされたりするなど、電池に異常事態が起こり、電池内部にガスが発生して電池の内圧が上昇した場合には、その内圧上昇により、防爆手段が以下のように作動して、電池の破裂を防止することができるように設計されている。まず、電流遮断機構が、防爆弁9の中央部が内圧方向(図1では、上側の方向)に変形し、それに伴って溶接部分11で一体化されている薄肉部7aに剪断力が働いて該薄肉部7aが破断するか、または防爆弁9の突出部9aと封口板7の薄肉部7aとの溶接部分11が剥離することで作動して電流が遮断され、続いて、この防爆弁9に設けられている薄肉部9bが開裂することでガスを端子板8のガス排出口8aから電池外部に排出させる。   If an abnormal situation occurs in the battery, such as when the battery is overcharged or the battery is exposed to high temperatures, and the internal pressure of the battery rises due to the generation of gas inside the battery, the internal pressure The rise is designed so that the explosion-proof means operates as follows to prevent the battery from bursting. First, the current interruption mechanism is such that the central portion of the explosion-proof valve 9 is deformed in the internal pressure direction (upward direction in FIG. 1), and accordingly, a shearing force is applied to the thin portion 7a integrated in the welded portion 11. When the thin-walled portion 7a is broken or the welded portion 11 between the projecting portion 9a of the explosion-proof valve 9 and the thin-walled portion 7a of the sealing plate 7 is peeled off, the current is cut off, and then the explosion-proof valve 9 When the thin-walled portion 9b provided on the base plate is cleaved, the gas is discharged from the gas discharge port 8a of the terminal plate 8 to the outside of the battery.

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来から知られているリチウムイオン二次電池と同様の用途に用いることができる。   The lithium ion secondary battery of this invention can be used for the same use as the conventionally known lithium ion secondary battery.

(実施例1)
<正極活物質>
表1に示す組成式で表わされる、リチウムとニッケルを含むリチウム含有複合酸化物であり、表2に示される通りのニッケルモル比率ai(但し、i=1〜3)、平均粒径Di(但し、i=1〜3)および全正極活物質の平均粒径Daveと各正極活物質の平均粒径Diの比(=Di/Dave)が、表3に示される通りの正極活物質1〜3をそれぞれ用い、表2に示す質量比率mi(但し、i=1〜3)で、ニッケルモル含有比率の総和Ntが表2に示す通りとなるようにして全正極活物質を準備した。
Example 1
<Positive electrode active material>
Lithium-containing composite oxide containing lithium and nickel represented by the composition formula shown in Table 1, nickel molar ratio ai (provided that i = 1 to 3) as shown in Table 2, average particle diameter Di (provided that I = 1 to 3) and the ratio of the average particle diameter Dave of all the positive electrode active materials to the average particle diameter Di of each positive electrode active material (= Di / Dave) is as shown in Table 3. Each positive electrode active material was prepared such that the total Nt of nickel mole content ratios was as shown in Table 2 at a mass ratio mi shown in Table 2 (where i = 1 to 3).

<正極の作製>
前記の通り準備した、全正極活物質100質量部と、バインダであるPVdFを10質量%含んだN−メチル−2−ピロリドン(NMP)の溶解液20質量部と、導電助剤である人造黒鉛1質量部およびケッチェンブラック1質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にNMPを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。前記の正極合剤含有ペーストを、厚みが15μmのアルミニウム箔(正極集電体)の両面に厚みを調節して間欠塗布し、乾燥した後、カレンダ処理を行って全厚が130μmになるように正極合剤層の厚みを調節し、さらに、幅55mmおよび長さ886mmになるように切断して正極を作製した。
<Preparation of positive electrode>
Prepared as described above, 100 parts by mass of the total positive electrode active material, 20 parts by mass of a solution of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) containing 10% by mass of PVdF as a binder, and artificial graphite as a conductive assistant 1 part by mass and 1 part by mass of ketjen black were kneaded using a biaxial kneader, and NMP was added to adjust the viscosity to prepare a positive electrode mixture-containing paste. The positive electrode mixture-containing paste is intermittently applied to both sides of an aluminum foil (positive electrode current collector) having a thickness of 15 μm while adjusting the thickness, dried, and then subjected to a calendering process so that the total thickness becomes 130 μm. The thickness of the positive electrode mixture layer was adjusted, and the positive electrode was produced by cutting the positive electrode mixture layer to have a width of 55 mm and a length of 886 mm.

<負極の作製>
負極活物質としてSiOの表面を炭素材料で被覆した複合体(平均粒子径が5μmであり、複合体における炭素材料の量が10質量%。以下、「SiO/炭素材料複合体」という。)および平均粒子径が16μmである黒鉛を、SiO/炭素材料複合体の量が表3に示す質量%となる量で混合したもの:97.5質量%、SBR:1.5質量%、およびカルボキシメチルセルロース(増粘剤):1質量%を、水を用いて混合して負極合剤層形成用スラリーを調製した。この負極合剤層形成用スラリーを、集電体である銅箔(厚み:8μm)の両面に塗布し、120℃で12時間真空乾燥を施し、更にプレス処理を施して、全厚が110μmになるように負極合剤層の厚みを調節し、さらに、幅57mmおよび長さ1025mmになるように切断して負極を作製した。
<Production of negative electrode>
A composite in which the surface of SiO is coated with a carbon material as the negative electrode active material (the average particle diameter is 5 μm, and the amount of the carbon material in the composite is 10% by mass; hereinafter referred to as “SiO / carbon material composite”) and Graphite having an average particle size of 16 μm mixed in such an amount that the amount of SiO / carbon composite is the mass% shown in Table 3: 97.5 mass%, SBR: 1.5 mass%, and carboxymethyl cellulose (Thickener): 1% by mass was mixed with water to prepare a slurry for forming a negative electrode mixture layer. This slurry for forming the negative electrode mixture layer is applied to both sides of a copper foil (thickness: 8 μm) as a current collector, vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours, and further subjected to a press treatment to a total thickness of 110 μm. Then, the thickness of the negative electrode mixture layer was adjusted so that the negative electrode was prepared by cutting to a width of 57 mm and a length of 1025 mm.

<セパレータの作製>
変性ポリブチルアクリレートの樹脂バインダ:3質量部と、ベーマイト粉末(平均粒径1μm):97質量部と、水:100質量部とを混合し、絶縁層形成スラリーを作製した。このスラリーを、リチウムイオン電池用ポリエチレン製微多孔膜(厚さ14μm)の片面に塗布し(塗布厚さは2μm)、乾燥してセパレータを得た。
<Preparation of separator>
Modified polybutyl acrylate resin binder: 3 parts by mass, boehmite powder (average particle size: 1 μm): 97 parts by mass, and water: 100 parts by mass were mixed to prepare an insulating layer forming slurry. This slurry was applied to one side of a polyethylene microporous membrane (thickness 14 μm) for a lithium ion battery (coating thickness 2 μm) and dried to obtain a separator.

<電極体の作製>
前記の正極(合剤層未塗布部)に正極リードを、負極に負極リードをそれぞれ溶接した。リードを溶接したこれら正極および負極を、前記セパレータを介して重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回電極体を作製した。
<Production of electrode body>
A positive electrode lead was welded to the positive electrode (part where the mixture layer was not applied), and a negative electrode lead was welded to the negative electrode. The positive electrode and the negative electrode welded with the leads were superposed through the separator and wound in a spiral shape to produce a wound electrode body.

<非水電解液の調製>
ジメチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(体積比 2:1)に、1.4mol/lの濃度でLiPFを溶解し、これにビニレンカーボネート(VC)3質量%とシクロヘキシルベンゼン(CB)2.0質量%を加えて非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of dimethyl carbonate and ethylene carbonate (volume ratio 2: 1) at a concentration of 1.4 mol / l, and 3% by mass of vinylene carbonate (VC) and cyclohexylbenzene (CB) 2. 0% by mass was added to prepare a non-aqueous electrolyte.

<電池の組み立て>
前記の巻回電極体を、円筒形の電池ケース5内に挿入し、負極リード体15を電池ケース5の底部に溶接した。端子板8、防爆弁9、絶縁パッキング10およびガスケット12と一体化した封止体7に、正極リード体7を溶接した。その後、前記非水電解液を電池ケース5内に注入して、端子板8を、ガスケット12を介して電池ケース5とかしめて封口し、図1に示す構成で、外径18mm、高さ65mmの円筒形電池を作製した。
<Battery assembly>
The wound electrode body was inserted into the cylindrical battery case 5, and the negative electrode lead body 15 was welded to the bottom of the battery case 5. The positive electrode lead body 7 was welded to the sealing body 7 integrated with the terminal plate 8, the explosion-proof valve 9, the insulating packing 10 and the gasket 12. Thereafter, the non-aqueous electrolyte is poured into the battery case 5, and the terminal plate 8 is crimped and sealed with the battery case 5 via the gasket 12, and the configuration shown in FIG. 1 has an outer diameter of 18 mm and a height of 65 mm. A cylindrical battery was produced.

<電池の容量測定>
0.75Aの定電流および電圧4.2Vの定電圧による定電流−定電圧充電(総充電時間:2.5時間)を行った後、1.5Aで定電流放電(放電終止電圧:2.5V)を行い、初期放電容量を測定した。その結果を表4に示す。
<Battery capacity measurement>
After carrying out constant current-constant voltage charging (total charging time: 2.5 hours) with a constant current of 0.75 A and a constant voltage of 4.2 V, constant current discharging (discharging end voltage: 2. 5V) and the initial discharge capacity was measured. The results are shown in Table 4.

<サイクル試験>
3.5Aの定電流および4.2Vの定電圧による定電流−定電圧充電(カット電流は0.1A)を行った後、20Aで定電流放電(放電終止電圧:2.5V)を行った。これを1サイクルとして、500サイクル充放電を繰り返した。500サイクル目の放電容量を、1サイクル目の放電容量で除した値を容量維持率(%)としその結果を表4に示す。
<Cycle test>
After performing constant current-constant voltage charging (cut current is 0.1 A) with a constant current of 3.5 A and a constant voltage of 4.2 V, a constant current discharge (discharge end voltage: 2.5 V) was performed at 20 A. . With this as one cycle, 500 cycles of charge and discharge were repeated. The value obtained by dividing the discharge capacity at the 500th cycle by the discharge capacity at the first cycle is taken as the capacity retention rate (%), and the results are shown in Table 4.

<過充電試験>
1.5Aの定電流で15Vになるまで充電し、電池のベント作動の有無を調べた。その結果を表4に示す。
<Overcharge test>
The battery was charged with a constant current of 1.5 A until it reached 15 V, and the presence or absence of the vent operation of the battery was examined. The results are shown in Table 4.

<外部短絡試験>
0.75Aの定電流および電圧4.2Vの定電圧による定電流−定電圧充電(総充電時間:2.5時間)を行った後、正極および負極の端子間を、9.8mΩの抵抗負荷で接続し、外部短絡させた。短絡後の電池を観察し、電池からの漏液の有無を調べた。
<External short circuit test>
After performing constant current-constant voltage charging (total charging time: 2.5 hours) with a constant current of 0.75 A and a voltage of 4.2 V, a resistance load of 9.8 mΩ is applied between the positive and negative terminals. And connected to the external circuit. The battery after the short circuit was observed to check for leakage from the battery.

(実施例2〜18、比較例1〜8)
実施例1と同様にして、表1に示す組成式で表わされる、リチウムとニッケルを含むリチウム含有複合酸化物であり、ニッケルモル比率ai(但し、i=1〜3)、平均粒径Di(但し、i=1〜3)および全正極活物質の平均粒径Daveと各正極活物質の平均粒径Diの比(=Di/Dave)が、表2および表3に示される通りの正極活物質1〜3をそれぞれ用い、表2に示す質量比率mi(但し、i=1〜3)で、ニッケルモル含有比率の総和Ntが表2に示す通りとなるようにして全正極活物質を準備した。またSiO/炭素材料複合体の量が表3に示す質量%となるよう調整したものを負極活物質とした。これら以外は、すべて実施例1と同様にして図1に示す構成の円筒形電池を作製し、実施例1と同様の手法で電池の容量測定、サイクル試験、過充電試験および外部短絡試験を実施した。結果を表4に示す。
(Examples 2-18, Comparative Examples 1-8)
In the same manner as in Example 1, a lithium-containing composite oxide containing lithium and nickel represented by the composition formula shown in Table 1, nickel molar ratio ai (where i = 1 to 3), average particle diameter Di ( However, the ratio of the average particle diameter Dave of all the positive electrode active materials to i = 1 to 3) and the average particle diameter Di of each positive electrode active material (= Di / Dave) is as shown in Tables 2 and 3. Prepare all positive electrode active materials by using the materials 1 to 3 and the mass ratio mi (where i = 1 to 3) shown in Table 2 so that the total Nt of nickel mole content ratios is as shown in Table 2. did. Moreover, what adjusted the quantity of SiO / carbon material composite to become the mass% shown in Table 3 was made into the negative electrode active material. Except for these, a cylindrical battery having the structure shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1, and the battery capacity measurement, cycle test, overcharge test, and external short circuit test were performed in the same manner as in Example 1. did. The results are shown in Table 4.

Figure 2014049372
Figure 2014049372

Figure 2014049372
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Figure 2014049372
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ニッケルモル含有比率の総和Ntが0.6以下である比較例1、4、8および9は、実施例の電池と比べて容量とサイクル特性に劣ると共に、ベントの作動性にも劣る結果となった。また、Ntが0.75以上の比較例2、5、6、7は、容量とサイクル特性は一定のレベルに到達しているものの、外部短絡試験で電解液の漏液がみとめられ、安全性に課題を残した。また、1種の正極活物質(正極活物質2)のみを使用した比較例3も、電池の容量とサイクル特性は良好であったが、外部短絡試験で漏液がみとめられた。   Comparative Examples 1, 4, 8 and 9 in which the total Nt of nickel mole content ratios is 0.6 or less are inferior in capacity and cycle characteristics and inferior in vent operability as compared with the batteries of the examples. It was. In Comparative Examples 2, 5, 6, and 7 where Nt is 0.75 or more, although the capacity and cycle characteristics have reached a certain level, the leakage of the electrolyte solution was found in the external short circuit test, and the safety Left a challenge. Further, Comparative Example 3 using only one kind of positive electrode active material (positive electrode active material 2) also had good battery capacity and cycle characteristics, but liquid leakage was found in the external short circuit test.

本発明は、電極体等が収納される電池ケースを備えたリチウムイオン二次電池に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a lithium ion secondary battery including a battery case in which an electrode body and the like are accommodated.

1 正極
2 負極
3 セパレータ
1 Positive electrode 2 Negative electrode 3 Separator

Claims (3)

有底缶に、負極と正極とセパレータとを捲回して構成される電極体と、非水電解液を少なくとも装填した非水電解液二次電池において、
前記負極には、SiとOとを構成元素に含む材料(ただし、Siに対するOの原子比xは、0.5≦x≦1.5である)を負極活物質として含み、
前記正極には、リチウムとニッケルを含むリチウム含有複合酸化物を正極活物質として含み、
前記リチウム含有複合酸化物中のニッケルのモル比率a1が0.30〜0.59である正極活物質1と、
前記リチウム含有複合酸化物中のニッケルのモル比率a2が、0.60〜0.79である正極活物質2と、
前記リチウム含有複合酸化物中のニッケルのモル比率a3が、0.80〜0.95である正極活物質3を含み、式1で示されるニッケルモル含有比率の総和Ntが、0.6<Nt<0.75を満足することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
(式1)
Figure 2014049372
ai:正極活物質1〜3の各正極活物質中に含まれるニッケルモル分率
mi:全正極活物質中に含まれる正極活物質1〜3の各正極活物質の含有質量比率
In a non-aqueous electrolyte secondary battery loaded with at least a non-aqueous electrolyte, an electrode body configured by winding a negative electrode, a positive electrode, and a separator in a bottomed can,
The negative electrode includes a material containing Si and O as constituent elements (provided that the atomic ratio x of O to Si is 0.5 ≦ x ≦ 1.5) as a negative electrode active material,
The positive electrode includes a lithium-containing composite oxide containing lithium and nickel as a positive electrode active material,
A positive electrode active material 1 in which the molar ratio a1 of nickel in the lithium-containing composite oxide is 0.30 to 0.59;
A positive electrode active material 2 in which the molar ratio a2 of nickel in the lithium-containing composite oxide is 0.60 to 0.79;
The positive electrode active material 3 in which the molar ratio a3 of nickel in the lithium-containing composite oxide is 0.80 to 0.95, and the total Nt of nickel molar ratios represented by Formula 1 is 0.6 <Nt <Lithium ion secondary battery characterized by satisfying <0.75.
(Formula 1)
Figure 2014049372
ai: nickel mole fraction contained in each positive electrode active material of positive electrode active materials 1 to 3 mi: content mass ratio of each positive electrode active material of positive electrode active materials 1 to 3 contained in all positive electrode active materials
前記全正極活物質の平均粒径Daveと、前記正極活物質1〜3の平均粒径Diの比である、Di/Daveのいずれもが0.7〜1.3である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   2. The ratio of the average particle diameter Dave of all the positive electrode active materials and the average particle diameter Di of the positive electrode active materials 1 to 3, both of Di / Dave is 0.7 to 1.3. Lithium ion secondary battery. 前記正極活物質1、正極活物質2および正極活物質3の、それぞれの平均粒径が4〜15μmである請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein each of the positive electrode active material 1, the positive electrode active material 2, and the positive electrode active material 3 has an average particle diameter of 4 to 15 μm.
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